锰铁合金渣微晶玻璃研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

在工业生产中，锰铁合金渣是铁合金企业利用锰矿、石灰石和焦炭等原料在生产锰铁合金过程之中达到1400℃以上的高温炉渣经水淬急冷形成的副产品。2007年我国共有40多家锰铁合金冶炼企业，当年排放量的锰铁渣就多达1700 万t ^[1]，据估算，锰铁合金生产中，每冶炼出1t锰铁合金约产生1100～1300 kg渣，排出温度在1400～1550℃，每t渣含(1260～1880)×10³kj的显热，相当于60kg 左右标准煤的热值^[2]，这些能源往往都被白白浪费掉了。

微晶玻璃，又称玻璃陶瓷，是微晶体和玻璃相均匀分布的一种新型材料^[3]，可用矿石、工业尾矿、冶金矿渣、粉煤灰、煤矸石等作为主要生产原料^[4,5]在1400~1560℃高温下熔制、成型、退火、核化和晶化处理后获得，其具有耐热、抗氧化、耐腐蚀、耐磨、机械强度高、电性能优良、热稳定性好等优点，广泛运用于建筑、化工、航天、军事、电子等各个领域之中。

铁锰合金渣的主要成分是sio₂、fe₂o₃、al₂o₃、cao、mgo、mno₂等，其中sio₂、al₂o₃、cao、mgo是生产微晶玻璃的必需成分，其所含的mno₂、fe₂o₃还可以作为氧化物晶核剂^[6]，在制备过程中如能充分利用其热值，并将其直接或者添加一些调制辅料制成微晶玻璃，不仅仅能变废为宝还能带来巨大的经济和社会效益。贾宝志等^[7]在1320℃注浇并在空气中急冷到900℃以上保温2~6小时成功利用矿热炉锰渣制备出了含硅量高的铸石；廖桂如^[8]将其运用于生产灰渣砖、小型空心砌块、作为混凝土粗细骨料路基材料等方面；王志强等^[9]以碳铬渣、硅锰渣、碎玻璃等作为主要原料获得了主晶相为透辉石及其固溶体的性能良好的微晶玻璃；张培新等^[6]认为矿渣微晶玻璃的组分一般应含有一定的玻璃形成剂sio₂，a1₂o₃，b₂o₃等,同时为使玻璃易于析晶或分相,微晶玻璃组分中还应含有具有小离子半径，大场强的mg² 、zn² 等，以及作为晶核剂的cr₂o₃、tio₂等。此外为了形成期望的晶相,玻璃组成中还必须包含适当的组成该晶相的成分，如制备以硅灰石(casio₃)为主晶相的矿渣微晶玻璃必须含有较多的cao等；v.saraswati^[11]研究过caf₂、zro₂、alpo₄及tio₂作为晶核剂在k₂o- mgo- sio₂- f系统中对促进云母晶体的析出作用，认为caf₂是最有效晶核剂。其中热处理制度的确定是微晶玻璃生产的关键技术，根据p.w.mcmilan^[12]，最佳的成核温度一般介于相当于粘度为10¹¹～ 10¹²泊的温度范围之间。综上可以看出采用锰铁合金渣制备微晶玻璃的研究还很少，目前还并没有利用锰铁合金渣高附加值并充分利用其显热开发出一种新的废渣利用的方法，对锰铁合金渣微晶玻璃晶化的具体过程、调质辅料如萤石对其相关性能、晶相成分、显微结构的影响尚不明确。

本课题主要通过以纯锰铁合金渣熔浆为主要原料，采用浇注成型法制备锰铁合金渣微晶玻璃。对锰铁合金渣的成分进行分析，采用差热分析法确定其晶化核化温度，研究其成型晶化的具体过程以及析晶特点，并设计调质辅料配方体系对其晶相组成、晶体结构及性能的影响进行了探究。分别通过xrd、sem对所制得的锰铁合金渣微晶玻璃的晶相组成、显微结构进行分析，并对该微晶玻璃的硬度、密度、抗折强度等进行测试。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：

①以纯锰铁合金渣为主要原料，通过：粉碎—过筛分级—配料—搅拌—熔制—成型—退火—核化—晶化—加工等过程进行材料制备；

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－8周：按照设计方案，制备锰铁合金渣微晶玻璃。

第9－11周：采用xrd、sem等测试技术对锰铁微晶的显微结构和晶相进行分析。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 杨志忠.中国锰系铁合金的现状与发展趋势[j].中国锰业,2005,23(4):1-6.

[2] 魏 霞等.锰铁合金热熔渣的物理性能研究[j]. 云南冶金,2014,43(2):61~65.

[3] 杜念娟，徐美君.浅谈矿渣微晶玻璃.玻璃，2009，209(2):43~47.